7.3 Поведінка деревини при дії високих температур

Деревина складається на 99 % з органічних речовин. Біля 50 % її маси складає целюлоза, а іншу частину – лігнін та геміцелюлоза, які вміщують речовини ароматичної природи, поліцукри, моноцукри, органічні кислоти.

Під дією струму тепла в деревині відбувається піроліз.

Піроліз целюлози протікає за двома різноманітними механізмами:

1) при 200-280 ^oС целюлоза в результаті дегідратації перетворюється на вугілля з виділенням негорючих газів – чадного газу (CO), вуглекислого газу (CO₂) та водяної пари (H₂O). Вугілля здатне підтримувати горіння лише через тління.

2) при 280-340 ^оС целюлоза перетворюється на смолу, яка легко виділяє у великій кількості пальні гази – метан (СН₄) та ін.

При піролізі лігніну, який інтенсивно іде при температурі 350-500 ^оС, утворюється більш за все вугілля та дьогтю.

Характер будови деревини визначає її низьку теплопровідність і, одночасно, швидку займистість.

При впливі джерела запалювання відбувається швидке нагрівання тонкого шару, випаровування вологи і розклад деревини. Продукти, розкладу, що утворюються при температурах нижче 250 ^оС, містять, в основному, водяну пару, вуглекислий газ і малу кількість пальних газів (вони не загоряються).

При t = 250…260 ^оС починає виділятися велика кількість окису вуглецю і метану, і виникає можливість запалення і самостійного горіння.

Мінімальна температура, при якій продукти розкладення деревини здатні запалюватися від джерела запалення, – температура запалення деревини.

Після запалення верхній шар деревини нагрівається до t = 290…300 ^оС, забезпечуючи максимальний вихід газоподібних продуктів і висоту полум`я. Верхній шар продовжує нагріватися до t = 500…700 <sup>о</sup>С, і в результаті процесів розкладення перетворюється на деревне вугілля. Це деревне вугілля екранує поверхню від виходу пальних газів, але само не займається від недоліку кисню (який повністю витрачається в зоні полум`я). Приріст шару деревного вугілля відбувається за мірою прогрівання до 300 ^оС нижчерозташованих шарів деревини, а його запалення і горіння настає, коли факел зменшується, і до поверхні починає надходити кисень.

Полум`я залишається тільки біля тріщин вугілля, де полегшений вихід пальних газів – продуктів розкладення деревини. Рівновага між швидкістю розкладення деревини, її прогріванням і вигорянням вугілля звичайно відповідає товщині шару вугілля 2-2,5 cм. Коли вся деревина перетвориться на деревне вугілля, спільне горіння продуктів розкладення і вугілля припиняється, і далі горить тільки вугілля (фаза тління).

Таким чином, при нагріванні деревини можна виділити дві основні фази:

І фаза (поглинання тепла, переважання СО, СО₂ та Н₂О):

110 ^оС – висихання і виділення летючих запашних речовин;

110–150 ^оС – пожовтіння деревини та підсилення виділення летючих речовин;

150–250 ^оС – поява коричневого забарвлення – початок обвуглювання та димоутворення.

ІІ фаза (горіння, виділення тепла, витрата СН₄):

а) горіння газів

250–280 ^оС – займання горючих газів від джерела запалення;

260–300 ^оС – горіння великим факелом;

б) горіння вуглецю

300–500 ^оС – інтенсивне утворення деревного вугілля. Екранування ним поверхні. Горіння малим факелом;

350–450 ^оС – самозаймання (при довгому прогріванні температура самозаймання знижується).

Завдяки позитивним властивостям, деревина, як будівельний матеріал, зберігає і зберігатиме свою важливість ще дуже довго. Але для підвищення її функціональних характеристик треба вжити заходів, які б сприяли зменшенню пожежної безпеки. Аналіз особливостей горіння деревини дає змогу намітити шляхи щодо зменшення горючості деревини та виробів з неї. Докладніше про це – в одинадцятій главі.